关节轴承密封圈放置机的设计和应用

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基于防止关节轴承内部润滑剂的外漏以及防止外部的灰尘、水分、异物等有害物质侵入轴承内部的要求，部分关节轴承的外圈设计有密封槽，如图l所示：图1带密封槽的关节轴承外圈此类关节轴承在内外圈装配后需要放置相应规格的密封圈，密封圈的结构如下。

图 2(a)不带骨架密封圈 (b)带骨架密封 圈目前关节轴承密封圈的放置都是采用手指压放密封圈的方法，其操作步骤如下：先将装配好的关节轴承内套翻转成与外套成十字交叉方向，然后手持密封圈将其-部分沿着内套与外套交叉部分插入外圈密封槽中，再边转动外圈边将密封圈往密封槽里压紧。直至将密封圈全部压入密封槽里面为止。在手工放置的过程中，刚开始放置时由于密封圈只有-小部分插入外圈密封槽中受限制，其余大部分还裸露在密封槽外部可以自由伸展，此时比较好放置，随着密封圈插入外圈密封槽的面积增多，受限制的部分也越来越多，而可以自由伸展的部分越来越少，这样放置密封圈越到后面阶段越感到吃力，特别是放置图2(b)所示的带骨架密封圈因其里面镶嵌有金属骨架更是难放，这样，放置密封圈的工人放置密封圈时间太久就会指酸痛，效率也会大打折扣。

为此，改变手指压放密封圈的方式，将工人从繁重的体力劳动中解放出来，提高密封圈特别是带骨架密封圈的放置效率就迫在眉睫，必须从技术上对其进行技术改进。

通过对手指压放密封圈的方式的观察，此种放置方式因为外套的入El直径尺寸小于密封圈的外径尺寸，所以密封圈不能直接放入密封槽里面，而采用逐步压放的方式让密封圈-点-点地塞入密封槽中而实现密封圈的放置。如果能在放置密封圈时让外套的入El扩大-些，密封圈就能轻易的放入密封槽中，这样就能减轻放置密封圈的劳动强度，提高放置密封圈的速度。

实现在放置密封圈时让外套的入口扩大是-个技术难题和实施此次技改的突破1：3，为此我查阅了相关资料，并通过对现场的观察，确定了两个方案。

274 I华东科技方案-：设计-把 V形刀和-套工装，将其固定在压力装置上，在放置密封圈时，将 V形刀对准外套的引裂缝，通过 V形刀对引裂缝施加压力，沿着引裂缝将外套撑开，从而实现外套入 口的扩大，如下图3所示。

图 3 v形刀撑开外套方案二：将装配好的关节轴承的内外套中心轴对齐，沿着内套端面对内套施加-个压力，使内套沿轴向方向移动-段小位移，由于内套中心偏离了外套的中心，内套对外套产生-个撑开力，从而使外套撑开，如图4所示。

I l- )- -- -- ----- -- -- -- -(-l 。 lI 图 4 内套移动撑开外套分析以上两个方案可知，两个方案的共同点都需要-个压力装置，但第-个方案的 V形刀需要与引裂槽有-个对准的过程，并且在压下的过程中，由于外套的受力不对称，易套圈发生侧翻，还需要增加-个固定装置，而第二个方案是将内套整体下移，因此定位容易，同时不存在侧翻现象，只需设计-个支撑工装，既定位内外套又给内套-个退让空间，就能实现这个功能。根据实现同种功能尽量用简单结构的方案的原则，决定选用第二个方案。

3关节轴承密封圈放置机的设计3.1关节轴承密封圈放置机的组成从方案分析里面可以看出，这个关节轴承密封圈放置机的工作原理是利用工装将关节轴承定位后由压力装置压向内套，使内套撑开外套，再将密封圈放入密封槽内，因此关节轴承密封圈放置机需要由两部分组成，第-部分是压力装置，每二部分是定位工装。如图5所示：1压力装置：2关节轴承：3定位工装 (定位座)图 53.2压力装置的设计根据关节轴承密封圈放置的工作原理，此压力装置需要提供给关节轴承内圈-个压力，并且速度不能快，必须是缓慢地提供给轴承内圈-个压力，而且位移不能太大且能受控。因此考虑选用丝杆螺母机构供力。

丝杆螺母传动装置是-种实现旋转运动与直线运动之间相互转机械与设备换或调整的装置，用于机构之间力、能量的传递和运动形式的传递，分为滚动丝杆螺母机构和滑动丝杆螺母机构，滚动丝杆螺母机构结构复杂制造成本高，其特点是摩擦阻力小，传动效率高。滑动丝杆螺母机构结构简单，制造成本低，具有自锁功能，缺点是摩擦阻力大，传动效率低。根据关节轴承密封圈放置的工作情况，是以传递力、能量为主要作用，传动效率不是主要考虑因素，所以其传力螺旋选择滑动丝杆螺母机构，设计为螺母固定丝杆移动的形式，由丝杆提供给关节轴承内圈-个压力，其特点是低速、间歇工作，轴向力大、能自锁、结构简单，使用方便。

因此，选择滑动丝杆螺母传动装置比较适合关节轴承密封圈放置机。

根据使用用途，关节轴承密封圈放置机采用简易的支架支承结构，其装配图如图6所示：曲∞ 皿- .. 十 !ii ] i旨 I置 i 十 J1手柄 ；2上板；3丝杆螺母：4丝杆 ；5复承杆 ：6滚动 轴承 (6005)：7转动套；8压块；9关节轴承 (工作对象)；10定位座：11底板图6轴承密封圈放置机装配图其主要零件有丝杆、丝杆螺母、手柄、上板、底板、支承杆、压块和定位座。转动手柄可使丝杆在固定的丝杆螺母中旋转，丝杆带动压块压向内圈并将内圈移动，使内套撑开外套。

(1)丝杆螺母螺纹类型的选择矩形螺纹和梯形螺纹都是传动螺纹，但梯形螺纹其内外螺纹以锥面贴紧不易松动，虽然与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好，是最常用的传力螺纹，因此选择梯形螺纹作为滑动丝杆螺母的传动螺纹。

(2)螺旋的基本尺寸滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向力的作用，同时在丝杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动，其失效形式主要是螺纹磨损，因此，滑动螺旋的基本尺寸，通常是根据耐磨性条件确定，主要是限制螺纹工作面上的压强P，使其小于材料的许用压强[P]。

根据车间生产的关节轴承型号范围确定轴向力F13700(N)查《机械设计》有：螺杆中 。 FP对于等腰梯形螺纹有hP/2，f则啦。 J南 式中：中-般取 L 2 2.5，所以此处由取 1.5，[P]为材料的许用压力，选择丝杆的材料为 45钢，螺母的材料选择 ZCuSnlOPI，工作速度 6～12m/min，查 《机械设计》得[P]8MP计算得 d。≥27.03mm，查 《机械设计》梯形螺纹基本尺寸标准可以取 d229mm，满足 d。的设计要求。 其基本尺寸如下：公称直径 (外螺纹大径)d32n，外螺纹卸d325，内螺纹大径 D 33，内螺纹卸 D 26，螺距p6mm，螺母高度H %d248mm，旋合圈数 z：H/p8。

式中 L为导程查 《机械设计》得自锁条件为口s4。30'，因此可以满足自锁条件。

(4)丝杆强度计算扭矩 乃其中 为螺纹幅的螺纹力矩，乃为压块与关节轴承的摩擦力矩。

Us Us口 t -cos-- -o$-152式中 为螺纹升角，P为当量摩擦角，L为导程，Us为螺旋幅的摩擦系数，查 《机械设计》得Us-0.09，鲁 t，粤诅n(arcm ]arc诅n( ]，o竽 (～(南)～( ] m， ( ) ，式中的 D 为关节承内圈的端面卸，Db为关节轴承内圈端面大径。根据加工情况取 D 60mm，D 75mm在有润滑的条件下，摩擦系数 u O.O5～O.08则 (6075) 081370036990(Nmm乃31786.836990 68776.8 (N.mm)当量应力 v ('4" 13700，j. 687 6，8 c许用应力f 查 《机械设计》得 355Mpa， --71 118 Mpa由此可知 < ]所以之前取的丝杆数据符合强度要求(5)丝杆的稳定性计算，先计算了式中 为长度系数，查 《机械设计》得 -2，，为螺杆的最大工作长度，此处取230mm，i为螺杆危险截面的惯性半径，f竽；了25 25坐2230 73 6i 6 25对于未淬火钢盾90时载荷 34 O 竿 竿 932·稳定性的条件是 2.5 4经计算得 翌F1979 3 2.547l5≥2.5-4所以得出结论：丝杆的稳定性可靠。

(6)丝杆螺母强度计算由于螺母的材料强度小于丝杆，故只需要校核螺母螺纹牙的强度选取螺母高度 H48mm，螺纹牙的抗弯强度条件为 菱 k式中：b-螺纹牙底宽度，对于梯形螺纹bO.65P3.9m，为螺母材料的许用弯曲应力，查 《机械设计》得 ·4O～60MPa。

2013.06 l 275Machinery＆ Equipmemt； 晋 ·o.08s k，满足抗弯强度条件要求。

螺纹牙的抗剪强度条件为r F 吲查 《机械设计》得f3040MPa。

r 瓦137.3l009.i，4.37(MPa)c[f]， 满足抗剪强度条件要求(7)丝杆螺母与上板的配合丝杆螺母与上板孔圆柱面配合采用HS/k7，为了防止螺母转动，也为了便于拆卸维修，再安装了 3个M8锁紧螺钉，为了便于安装，在丝杆螺母的上端和上板孔的下端加工出倒角。

(8)手柄的设计和计算手柄的材料选用Q235，设计为方向盘式手柄，方向盘直径为 ，转动手柄的转矩 必须克服螺纹幅的螺纹力矩 乃和压块与关节轴承的摩擦力矩 即j 式中 为施加于手柄上的臂力，间隙工作时约为 200250N。

由上面计算可知 L31786.8(N.哪 )，T230054.4(N.mm)-317-86.8弱3-0054.4m 2忍310ram按弯曲强度确定手柄直径 d ，方向盘对称分布 4根手柄 ，其强度条件为， /CLpJ其中 是材料的许用弯曲应力，对于Q235，[ ] 120MPa c取 dp12ram(9)支承杆的设计和计算支承杆主要受拉应力作用，材料选用 Q235，其最胸面直直径设为 d。，查手册知其抗拉强度 370-500MPa，则前 。

：、 撕 因支承杆是用螺母固定在上板上的，因此其最胸面直径 d 是在螺纹部分，选用 M10ram作为支承杆固定螺母，查手册知其螺纹应力截面为 58ram ，其最低保证载荷为 22000N，可以满足要求。因此确定其支承杆的光杆部分圆直径为中15ram。

光杆部分的长度关节轴承定位座的高度加工型号的最大高度压块与旋转套的组合高度螺母露出底板下端高度自由量 (约120r)，此处取 297mm。

与上板配合螺杆部分的长度：板厚垫片厚螺母厚与底板配合螺杆部分的长度板厚-1(10)以上零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它零件的尺寸则是根据经验关系或制造工艺决定的。主要有上板和底板选择Q235板，厚度为 15mm，尺寸以操作手势的最适合尺寸进行设计。

压块的外径关节轴承内套的端面大径 D 3～6mm3.3定位工装 (定位座)的设计定位座-方面托住关节轴承外套，-方面定位关节轴承内套，并开槽避开关节轴承内套移动范围。如图 7所示。

图 7定位座dw关节轴承外圈的外径dc关节轴承外圈的端面卸1dn与关节轴承内圈内径配合，采用 d9公差带。

Hc以能在内套移动时避开与内套接触为准，-般取内套高度的l/4～1/7。

HsHc十12～2OHz Hs4～ 74使用情况关节轴承密封圈放置机投产后，大大减轻了工人的劳动强度，增加了可以连续作业的时间，放置密封圈的日产量比手工提高了40%，达到了技术改进的目的。

(上接第 272页)5在管状带式输送机输送线工艺设计时注意事项5.1圆弧段的分布管状带式输送机可以在三维空间里进行布置，由-些直线段及圆弧段组合组成，而制造商为了方便机架的加工和制作，往往在对每-个圆弧段进行加工时，都是把它放在平面上来完成的，因此在工艺设计时，应该旧能的将输送线上的每-个圆弧放在平面内，而这个平面既可以是垂直设计的，也可以是水平或者斜面的，但是不能随意将其弯曲，不然的话将会给加工制造环节带来困难。

5.2过渡圆弧段转弯半径及过渡段长度管状带式输送机的过渡圆弧段分为两种：-种是水平转弯，另- 种则是垂直转弯，且不同的胶带转弯的半径也就不同，对于尼龙帆布的胶带，水平与垂直的转弯半径皆是管径的 300倍以上，而钢绳芯胶带的水平转弯半径是管径的 600倍以上，钢绳芯胶带的垂直转弯半径是管径的 300倍以上。在工艺设计中，头尾轮与圆弧段之间要有-小段直线型过渡程，其过渡段的长度都有严格的要求，通常选用尼龙帆布胶带其过渡段的长度是管径半径的25倍，而钢绳芯胶带的过渡段长度为管径的 50倍。

5.3头尾轮中心线的夹角在管状带式运输线上可 以有多个圆弧过渡段，可头轮与尾轮中心线的夹角A必须在 90。以内 (如图4所示)，而且越小越好。

276 l华东科技图4管状带式输送机的过渡圆弧段形状示意图(前 水平转弯：后：垂直转弯)6结束语总之，管状带式输送机安全环保，布置灵活，特别适应在空间狭小，场地紧张的情况下使用。通过上文对管状带式输送机结构的进行了分析及改进。并对管状带式输送机的布置形式进行分类研究，提出了管状带式输送机工艺布置设计的要点及设计中的注意事项。